Stabilitas Transien Pada Generator Kapasitas 315 Mw Akibat Variasi Beban

(1)

Stabilitas Transien Pada Generator Kapasitas 315 Mw Akibat Variasi Beban

Dita Atma Nila Sari1_{, Agung Trihasto}2_{, Deria Pravitasari}3 Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Tidar

email: [email protected]_{, [email protected]}2_{, [email protected]}3

ABSTRAK

Stabilitas pada sistem tenaga listrik menjadi hal yang utama untuk menjamin kontinuitas dan keandalan operasi sistem tenaga listrik. Besar beban yang berbeda menghasilkan respon kestabilan yang berbeda juga. Oleh karena itu diperlukan penelitian tentang kestabilan transien dari suatu sistem yang diakibatkan beban yang bervariasi. Penelitian ini dilakukan di PT PJB UBJ O&M PLTU Rembang untuk mengetahui respon transien dari sistem pembangkitan dengan unit generator 2 x 315 MW dengan memvariasikan beban yang berbeda-beda. Software yang digunakan untuk mendapatkan respon transien yaitu ETAP. Hasil simulasi menunjukkan bahwa semua perubahan beban baik penambahan maupun pengurangan beban dapat menyebabkan osilasi yang bisa saja membahayakan sistem. Namun pada simulasi, sistem mampu melakukan recovery dan kembali mencapai keadaan stabil baru sehingga tidak membahayakan kestabilan sistem.

Kata Kunci: Kestabilan Transien, Pembangkit, Frekuensi, ETAP

ABSTRACT

The stability of the electric power system is the main thing to ensure the continuity and reliability of the operation of the electric power system. Different load sizes produce different stability responses. Therefore we need research on the transient stability of a system due to varying loads. This research was conducted at PT PJB UBJ O&M PLTU Rembang to determine the transient response of the generation system with 2 x 315 MW generator units by varying different loads. The software used to obtain transient responses is ETAP. The simulation results show that all load changes, both increase and decrease in load, can cause oscillations that can endanger the system. However, in the simulation, the system is able to perform recovery and return to a new stable state so that it does not endanger the stability of the system.

Keywords: Transient Stability, Generation, Frequency, ETAP

I. PENDAHULUAN

Masalah stabilitas pada system tenaga listrik menjadi hal yang utama untuk menjamin kontinuitas dan keandalan operasi dari suatu sistem tenaga listrik [4]. Sutau sistem dikatakan stabil ketika terdapat keseimbangan antara daya mekanik pada penggerak utama generator dengan daya output listrik. Daya output listrik sangat dipengaruhi oleh fluktuasi beban dimana ketika terjadi kenaikan atau penurunan beban maka harus diikuti oleh perubahan daya mekanik yang dihasilkan oleh prime mover. Apabila prime mover tidak mampu menyesuaikan dengan kondisi beban akan mengakibatkan sistem menjadi tidak stabil [3].

Apabila kondisi sistem tidak stabil terjadi dalam waktu yang cukup lama hingga melampaui batas-batas ketidakstabilan, generator akan kehilangan kondisi paralel. Keadaan ini akan menghasilkan arus puncak yang tinggi dan penyimpangan frekuensi operasi sehingga akan menyebabkan terjadinya stress pada belitan generator, gaya puntir yang berfluktuasi dan resonansi yang akan merusak turbin generator. Pada kondisi ini generator harus dilepas dari sistem.

Agar tidak terjadi kondisi yang mengharuskan generator dilepas dari sistem dan menghindari kerugian-kerugian lain akibat ketidakseimbangan sistem seperti terputusnya proses penyaluran energi listrik ke konsumen, maka perlu dilakukan studi tentang kestabilan transien saat terjadi variasi beban

pada generator. Pada penelitian ini dilakukan simulasi stabilitas transien akibat variasi beban untuk mengetahui kestabilan sistem.

II. LANDASAN TEORI

Kestabilan sistem tenaga listrik dapat didefinisikan sebagai kemampuan dari sistem untuk menjaga kondisi operasi yang seimbang dan kemampuan sistem tersebut untuk kembali ke kondisi operasi normal ketika terjadi gangguan.

A. Klasifikasi kestabilan tenaa listrik

Berdasarkan Paper IEEE definition and classificatioof power system stability, kestabilan sistem tenaga listrik dibagi menjadi tiga kategori yaitu:

1. kestabilan sudut rotor; 2. kestabilan frekuensi; 3. kestabilan tegangan. 1. Stabilitas Sudut Rotor

Stabilitas sudut rotor mengacu pada kemampuan mesin sinkron dari sistem tenaga yang saling berhubungan untuk tetap sinkron setelah mengalami gangguan. Itu tergantung pada kemampuan untuk menjaga / memulihkan keseimbangan antara torsi elektromagnetik dan torsi mekanis dari setiap mesin sinkron dalam sistem.

2. Stabilitas Tegangan

Stabilitas tegangan mengacu pada kemampuan sistem tenaga untuk mempertahankan tegangan yang

(2)

gangguan dari kondisi operasi awal tertentu. 3. Stabilitas Frekuensi

Stabilitas frekuensi mengacu pada kemampuan sistem tenaga untuk mempertahankan frekuensi stabil setelah gangguan sistem parah yang mengakibatkan ketidakseimbangan yang signifikan antara pembangkitan dan beban.

B. Dinamika Rotor dan Persamaan Ayunan Pada dasarnya persamaan dari pengaturan gerakan satu mesin rotor merupakan prinsip dasar dinamika yang menyatakan bahwa torsi percepatan (accelerating torque) merupaka hasil perkalian dari percepatan sudut dan momen kelembaman (inertia) rotor. Pada sistem meter-kilogram-second (MKS) persamaannya dapat dituliskan sebagai :

𝐽𝑑2𝜃𝑚

𝑑𝑡2 = 𝑇𝑎= 𝑇𝑚− 𝑇𝑒

(1) Dimana:

𝜃𝑚 Pergeseran sudut dari rotor terhadap suatu sumbu yang diam (rad)

𝑇𝑒 Momen putar elektris (N-m)

𝑇𝑎 Momen putar kecepatan percepatan bersih (net), (N-m)

𝑡 Waktu (s)

𝑇𝑚 Momen putar mekanis atau poros penggerak yang diberikan oleh prime mover dikurangi dengan moman putar perlambatan (retrading) yang disebabkan oleh rugi-rugi perputaran (N-m).

III. METODE

Pemodelan dan simulasi stabilitas transien pada penelitian ini dilakukan pada PT PJB UBJ O&M PLTU Rembang dengan menggunakan ETAP.

Penelitian ini dilakukan berdasarkan flowchart pada Gambar 1 berikut:

(3)

IV. HASILDANPEMBAHASAN A. Hasil simulasi saat beban 629 MW

Simulasi kestabilan transien akan dilakukan dengan memberikan beban sebesar 629 MW untuk mengetahui respon frekuensi dan tegangan dengan total waktu simulasi selama 30 detik.

Gambar 2 Respon frekuensi saat beban 629 MW

Gambar 3 Respon tegangan saat beban 629 MW

(4)

Gambar 5 Respon tegangan saat beban 629 MW dan mengalami kenaikan beban sebesar 0,5%

Gambar 6 Respon frekuensi saat beban 629 MW dan mengalami pengurangan beban sebesar 0,5%

Gambar 7 Respon tegangan saat beban 629 MW dan mengalami pengurangan beban sebesar 0,5% Gambar 2 menunjukkan respon frekuensi dari

simulasi saat beban 629 MW. Penurunan frekuensi terendah hingga mencapai 99,01 % pada detik ke 1,38. Penurunan frekuensi tidak melebihi batas ketidakstabilan sehingga sistem masih aman.

Gambar 3 menunjukkan respon tegangan dari simulasi saat beban 629 MW. Respon tegangan

0,5% dari besar beban semula. Simulasi dilakukan dalam jangka waktu 60 dekit untuk melihat jika generator bisa kembali stabil setelah mengalami perubahan beban.

Gambar 4 menunjukkan respon frekuensi dari simulasi saat beban 629 MW kemudian pada detik ke-3 mengalami penambahan beban 0,5%. Penurunan frekuensi terendah hingga mencapai 97,38 % pada

(5)

3 mengalami pengurangan beban 0,5%. Kenaikan frekuensi tertinggi hingga mencapai 101,21% pada detik ke 3,56. Sementara penurunan frekuensi terendah akibat perubahan beban mencapai 97,64% pada detik ke 4,94. Namun frekuensi bisa mencapai kestabilan kembali setelah memasuki detik ke 40.

Gambar 7 menunjukkan respon tegangan dari simulasi saat beban 629 MW kemudian pada detik ke-3 mengalami penurunan beban 0,5%. Kenaikan tegangan tertinggi hingga mencapai 100,88% pada detik ke 4,24. Tegangan bisa mencapai kestabilan kembali setelah memasuki detik ke 30.

B. Hasil simulasi saat beban 450 MW

Gambar 8 menunjukkan respon frekuensi dari simulasi saat beban 450 MW. Penurunan frekuensi terendah hingga mencapai 99,25 % pada detik ke 1,84. Penurunan frekuensi tidak melebihi batas ketidakstabilan sehingga sistem masih aman.

Gambar 9 menunjukkan respon tegangan dari simulasi saat beban 450 MW. Respon tegangan cenderung lebih stabil bila dibandingkan dengan respon frekuensi. Kenaikan tegangan tertinggi mencapai 100,073% pada detik ke 0,84. Sementara penurunan tegangan terendah mencapai 99,93% pada detik ke 2,74.

Berdasarkan hasil simulasi untuk mengetahui respon frekuensi dan tegangan dapat disumpulkan bahwa sistem masih dapat mempertahankan kestabilannya ketika diberi beban 450 MW. Terjadi osilasi dari masing-masing respon tetapi penurunan ataupun kenaikan yang terjadi masih diperkenankan.

(6)

Gambar 13 Respon tegangan saat beban 450 MW dan mengalami pengurangan beban sebesar 0,5%

Kemudian dilakukan perubahan beban dengan masing-masing penambahan dan pengurangan sebesar 0,5% dari besar beban semula. Simulasi dilakukan dalam jangka waktu 60 dekit untuk melihat jika generator bisa kembali stabil setelah mengalami

tegangan terendah hingga mencapai 99,08% pada detik ke 4,82. Tegangan bisa mencapai kestabilan kembali setelah memasuki detik ke 25.

Gambar 12 menunjukkan respon frekuensi dari simulasi saat beban 450 MW kemudian pada detik ke-3 mengalami pengurangan beban 0,5%. Kenaikan

(7)

C. Hasil simulasi saat beban 745 MW

Gambar 14 menunjukkan respon frekuensi dari simulasi saat beban 745 MW. Penurunan frekuensi terendah hingga mencapai 98,88 % pada detik ke 1,16. Penurunan frekuensi tidak melebihi batas ketidakstabilan sehingga sistem masih aman.

Gambar 15 menunjukkan respon tegangan dari simulasi saat beban 745 MW. Respon tegangan

cenderung lebih stabil bila dibandingkan dengan respon frekuensi. Kenaikan tegangan tertinggi mencapai 100,108% pada detik ke 0,54. Sementara penurunan tegangan terendah mencapai 99,90% pada detik ke 1,74.

Berdasarkan hasil simulasi untuk mengetahui respon frekuensi dan tegangan dapat disumpulkan bahwa sistem masih dapat mempertahankan kestabilannya ketika diberi beban 745 MW. Terjadi osilasi dari masing-masing respon tetapi penurunan ataupun kenaikan yang terjadi masih diperkenankan.

Gambar 16 Respon frekuensi saat beban 745 MW dan mengalami kenaikan beban sebesar 0,5%

(8)

Gambar 19 Respon tegangan saat beban 745 MW dan mengalami pengurangan beban sebesar 0,5% Kemudian dilakukan perubahan beban dengan

masing-masing penambahan dan pengurangan sebesar 0,5% dari besar beban semula. Simulasi dilakukan dalam jangka waktu 60 dekit untuk melihat jika generator bisa kembali stabil setelah mengalami

tegangan terendah hingga mencapai 99,04% pada detik ke 4,08. Tegangan bisa mencapai kestabilan kembali setelah memasuki detik ke 40.

Gambar 18 menunjukkan respon frekuensi dari simulasi saat beban 745 MW kemudian pada detik

(9)

ke-D. Respon Frekuensi dan Tegangan

Dari hasil simulasi yang telah dilakukan dengan memvariasikan beban maka diperoleh penurunan frekuensi terendah dari masing-masing beban. Kenaikan tegangan tertinggi dan penurunan tegangan terendah dari masing-masing beban juga diperoleh dari simulasi yang telah dilakukan yang ditunjukkan pada Tabel 1.

Penambahan beban sebesar 0,5% pada masing-masing beban memberikan pengaruh pada kestabilan sistem. Namun pengaruh penambahan beban pada respon frekuensi dan respon tegangan tidak dapat dibuat pola, karena masing-masing beban mempunyai presentase penambahan beban yang sama, sehingga beban yang ditambahkan akan menjadi berbeda sesuai dengan besar beban awal. Tabel 2 menyajikan respon

sistem terhadap penambahan beban sebesar 0,5% pada masing-masing beban yang dimulai dari detik ke 3.

Pada kasus pengurangan beban, sama halnya dengan penambahan beban, respon frekuensi dan respon tegangan terhadap pengurangan beban tidak dapat dibuat pola. Hal ini dikarenakan besar pengurangan beban tergantung dari besar beban awal. Semakin besar beban awal, maka semakin besar pula pengurangan beban, begitu juga sebaliknya. Tabel 3 menyajikan respon frekuensi dan respon tegangan terhadap pengurangan beban pada masing-masing sampel beban.

Tabel 1 Respon frekuensi dan respon tegangan sebelum adanya perubahan beban Beban

(MW)

Respon Frekuensi Respon Tegangan

Penurunan (%) t (s) Kenaikan (%) t (s) Penurunan (%) t (s) 629 99,01 1,38 100,095 0,7 99,91 2,04 666 99,00 1,46 100,099 0,6 99,90 1,94 573 99,08 1,50 100,088 0,7 99,92 2,22 657 98,97 1,32 100,098 0,6 99,91 1,92 576 99,07 1,48 100,098 0,7 99,92 2,18 650 98,98 1,32 100,097 0,6 99,91 1,98 450 99,25 1,84 100,073 0,84 99,93 2,74 745 98,88 1,16 100,108 0,54 99,90 1,74

Tabel 2 Respon frekuensi dan respon tegangan setelah adanya penambahan beban

Beban Respon frekuensi Respon tegangan

Penurunan (%) t (s) Kenaikan (%) t (s) Penurunan (%) t (s) 629 97,38 3,70 101,68 5,08 99,04 4,38 666 97,33 3,64 101,74 4,94 99,03 4,28 573 97,49 3,78 101,55 5,26 99,06 4,52 657 97,34 3,66 101,73 4,98 99,03 4,30 576 97,48 3,78 101,56 5,26 99,06 4,50 650 97,35 3,68 101,72 5,00 9,03 4,32 450 97,62 3,92 101,36 5,76 99,08 4,82 745 97,36 3,50 101,72 4,68 99,04 4,08

Tabel 3 Respon frekuensi dan respon tegangan setelah adanya pengurangan beban

Beban Respon frekuensi Respon tegangan

Kenaikan (%) t (s) Penurunan (%) t (s) Kenaikan (%) t (s) 629 101,21 3,56 97,64 4,94 100,88 4,24 666 100,96 3,50 97,78 4,84 100,84 4,16 573 101,58 3,62 97,47 5,10 100,94 4,36 657 101,02 3,5 97,74 4,86 100,85 4,2 576 101,56 3,62 97,47 5,12 100,93 4,36 650 101,06 3,50 97,72 4,88 100,86 4,20 450 102,10 3,88 97,42 5,72 101,00 4,74 745 100,54 3,54 97,98 4,72 100,78 4,12 V. KESIMPULAN

Berdasarkan hasil dari simulasi dan analsis yang telah dilakukan setelah mengetahui respon frekuensi dan respon tegangan, dapat disimpulkan bahwa semua

perubahan beban baik penambahan maupun pengurangan beban dapat menyebabkan osilasi. Namun pada simulasi, sistem mampu melakukan recovery sehingga tidak membahayakan kestabilan sistem. Besar perubahan beban sangat mempengaruhi kemampuan sistem untuk melakukan recovery. Semakin besar

(10)

sistem untuk melakukan recovery. .

REFERENSI

[1] Baghazta Akbar A, dkk. 2017. Analisis Kestabilan Transien

dan Mekanisme Pelepasan Beban di PT. Pusri Akibat Penambahan Generator dan Penambahan Beban. JURNAL TEKNIK ITS Vol. 6, No. 1, (2017) ISSN: 2337-3539.

[2] Chairy Wahyu Winanti. 2011. Analisis Statis dan Dinamis

Stabilitas Tegangan Sistem Tenaga Listrik CNOOC SES Ltd. Fakultas Teknik Universitas Indonesia.

[3] David Firdaus, dkk, 2016. Simulasi dan Analisis Stabilitas

Transien dan Pelepasan Beban pada Sistem Kelistrikan PT. Semen Indonesia Pabrik Aceh. JURNAL TEKNIK ITS Vol. 5 No. 2 (2016) ISSN: 2337-3539

[4] Grigsby, Leonard., “Power System Stability and Control, 3rd

edition”, CRC Press, Taylor and Francis Group, 2012.

[5] H. X. Zhang. 2004. The Effects of Speed Variations on

Transient Stability - Simulation Study and Mechanism Analysis. 0-7803-8386-9104/920.00 a2004 IEEE.

[6] Kundur, Prabha, “Power System Stability and Control”,

McGrawHill Companies Inc, 1994.

[7] Muhammad Afifai dan Muhammad Hadi Satria. 2017.

Analisis Kestabilan Frekuensi dan Tegangan Sistem Tenaga

Sulawesi Tenggara. Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin.

[8] Muhammad Rizal Fauzy, dkk. 2014. Analisis Kestabilan

Transien dan Mekanisme Pelepasan Beban di PT. Badak NGL. JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2014) 1-6.

[9] Prabha Kundur, dkk. 2004. Definition and Classification of

Power System Stability. IEEE TRANSACTIONS ON POWER SYSTEMS, VOL. 19, NO. 2, MAY 2004. [10] Pujo Santoso. 2014. ANALISIS KESTABILAN TRANSIEN

PENERAPAN DISTRIBUTED GENERATION PADA

SISTEM KELISTRIKAN WILAYAH BENGKULU.

UNIVERSITAS BENGKULU.

[11] Winarso dan Yoga Yunarto. 2017. Analisis dan Simulalsi Stabilitas Transien dengan Pelepasan Beban pada Sistem Pembangkit Tenaga Listrik PT. Indo Bharat Rayon. Vol. 13 No. 2 (2017) Hal. 61-68 p-ISSN 1858-3075 | e-ISSN 2527-6131.

[12] Ying Wang, dkk. 2014. A Power System Trensient Stability

Analysis Based on MATLAB.

[13] Yudiestira. 2016. Analisis Kestabilan Transien dan Mekanisme Pelepasan Beban di PT. PERTAMINA RU V Balikpapan Akibat Penambahan Generator 2 x 15 MW dan Penambahan Beban 25 MW. Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember.